1 Классификация задач оперативного управления и схемы их решения

Под ОУ работой питающих электрических сетей будем понимать уровень управления хронологически следующий за автоматическим управлением и осуществляемый под руководством диспетчера. Включение человека в цикл управления технической системой приводит к возникновению влияния на качество ОУ психофизиологических факторов, играющих немаловажную роль, при решении диспетчером задач этого уровня. Перечень основных задач ОУ включает: управление режимом работы сети, производство переключений, локализация аварийных нарушений и восстановление нормального режима.

В данной работе объектом исследования являются САС в питающих сетях. К САС отнесем ситуации, возникающие в результате одного или нескольких технологических нарушений и ликвидация которых включает не автоматический, а оперативный уровень управления. Речь идет об аварийной ситуации, включающей короткое замыкание(КЗ) в электроустановке и один или более отказов устройств, служащих для автоматической локализации повреждения.

При ликвидации САС основной задачей ОУЛА является: предотвращение развития нарушения, срочное восстановление энергоснабжения потребителей, создание наиболее надежной послеаварийной схемы системы. С точки зрения режимов сети эта задача представляет собой перевод аварийного в послеаварийный режим работы.

Решение диспетчером основной задачи ОУЛА представим в три этапа:

1. Анализ телеинформации и оценивание САС. Анализ информации с учетом ее неполноты вследствие ненадежности систем ТМ, поступающей в ДП по каналам ТМ о работе защит, выключателей и автоматики на подстанциях с целью идентификации САС. Идентификация (оценивание) САС — формирование гипотезы, включающей набор событий (КЗ, срабатывание РЗА, выключателей) и их логическое обоснование (наличие отказов, ложных срабатываний). Гипотеза не должна противоречить телеинформации, поступившей в ДП и должна объяснять поведение защитных и автоматических систем. В результате процесса оценивания САС будут получены одна или более гипотез, описывающих аварийную ситуацию в сети.

2. Формирование плана ликвидации САС. На основе оценивания диспетчеру необходимо принять решение по восстановлению: выбрать оптимальный послеаварийный режим и сформировать необходимую последовательность операций в первичной и вторичной системах. На этом этапе важно прийти к наиболее надежному послеаварийному режиму в минимально короткий период времени. Следует также учитывать сложность оперативных переключений, наличие персонала на объектах, работу автоматических устройств и максимально допустимые токовые нагрузки на провода ЛЭП и другое оборудование, возникающие на пути построения требуемой схемы.

3. Реализация плана ликвидации САС. Реализация плана ликвидации САС заключается в производстве в аварийных условиях оперативных переключений. На этом этапе важна безошибочность команд диспетчера, четкая координация действий персонала на нескольких объектах, т.к. оперативная ошибка наверняка приведет к дальнейшему развитию аварии. Для этого необходим контроль каждой коммутации в сети на соответствие с противоаварийными инструкциями и правилами оперативных переключений. Результат этапа — спланированный послеаварийный режим сети.

С целью определения возможности автоматизации решения основной задачи ОУЛА проанализируем в различных плоскостях три выделенных этапа. Выделим интеллектуальные функции диспетчера, используемые для решения рассматриваемых задач. Различают восемь интеллектуальных функций человека. Это интуиция, творчество, воображение, ассоциация, индукция, дедукция, вычисление и поиск. Для решения проблем требуются самые различные их комбинации. Однако, сегодня функции самого общего вида, поддающиеся компьютерному воплощению, являются дедукция, вычисление, поиск и частично индукция. Именно это и определяет границы интеллектуальной обработки в нынешней ситуации. С другой стороны, результаты проведенных исследований — анкетирование и экспертные опросы диспетчерского персонала, показали, что на всех трех этапах решения задачи в той или иной мере используются комбинации всех перечисленных функций. Таким образом, можно сделать заключение относительно невозможности на сегодняшний день полной автоматизации рассматриваемого процесса. Поэтому, в ближайшее время человек, в частности, диспетчер останется включенным в цикл ОУ. В то же время анализ показывает наиболее перспективные и реальные, с точки зрения автоматизации, этапы решаемой задачи. Так доля интеллектуальных функций, поддающихся компьютерному моделированию доминирует на этапе оценивания САС (дедукция, поиск) и на этапе реализации плана ликвидации САС (вычисление, поиск). Поэтому, основное внимание в плане разработки ЭС и уделяется этим подзадачам. Для более строгой оценки возможности автоматизации на основе моделирования интеллектуальных функций и опираясь на существующие методы работы со знаниями ранжируем последние по критерию полноты компьютерной реализации. Тогда, получим таблицу (табл.1.1), где оценка 100 означает возможность полной автоматизации данной интеллектуальной функции, а 0 - отсутствие такой возможности.

Таблица 1.1 — Возможность моделирования интеллектуальных функций

Таким образом, моделирование с помощью компьютера деятельности диспетчера наиболее полно воспроизводимо на этапе оценивания САС. Дедуктивные рассуждения, перебор вариантов и экспертные знания диспетчера на 80% определяют решение задачи оценивания САС. Остальные 20% — интуиция, ассоциация и т.д. Поэтому, рассматриваемые ниже системы- советчики диспетчеру, входящие в состав АСДУ (рис. 1), направлены не на замену человека, а скорее на помощь и контроль его действий. С точки зрения эмоциональной напряженности этот этап наиболее сложен для диспетчера, т.к. возникновение аварии, ее осознание связано со стрессом, негативно влияющим на психофизиологические качества диспетчера. Ошибки, допущенные при оценивании САС, автоматически переносятся на последующие этапы ОУЛА, и как минимум приводят к увеличению времени перерыва электроснабжения потребителей и к увеличению числа оперативных переключений. А также могут приводить к дальнейшему развитию аварии и увеличении ее границ. Время, требуемое диспетчеру, для интерпретации всей телеинформации, анализа работы РЗА, т.е. оценивания САС зависит от сложности аварийной ситуации (число аварийных ТС, количество подстанций, являющихся источником ТС, число обесточенных ПС и т.д.) и экспертно оценивается в 4-8 минут.

Рис. 1

Автоматизация решения задачи оценивания САС, относящейся к классу интеллектуальных (аналитических) задач ОУЛС, опирается на технологии ЭС, как систем непосредственно ориентированных на решение подобных неформальных задач.

ЭС — сложный программный комплекс, аккумулирующий знания специалистов в виде фактов и правил, и на основе этого пытающийся имитировать процесс решения задачи экспертом. Типичная архитектура ЭС (рис. 2) состоит из следующих компонентов:

МЛВ — Механизм логического вывода. Использует факты из БФ, данные из БД и правила из БЗ, делает логические заключения и формирует последовательность операций, приводящую к получению решения.

БЗ — База знаний. Совокупность знаний предметной области в виде фактов(данных) и правил(процедур обработки данных) записанных с помощью языка представления в память компьютера.

БД — База Данных. Предназначена для хранения всех необходимых данных на машинных носителях информации.

БФ — База фактов. Рабочая область в оперативной памяти, содержащая начальные условия задачи, промежуточные и конечные данные логического вывода.

ПО — Подсистема объяснения. Поясняет пользователю как ЭС получила решение и какая информация(правила БЗ, факты БФ и данные БД) при этом использовалась. ПО облегчает тестирование системы и повышает доверие пользователя к полученному результату.

ИП — Интерфейс пользователя. Программный комплекс, реализующий диалог пользователя с ЭС в процессе решения задачи и при получении результатов.

РБЗ — Редактор базы знаний. Совокупность программ, осуществляющих ввод новых знаний, корректировку существующих и верификацию БЗ. РБЗ — инструмент эксперта.

Принцип работы ЭС заключается в следующем. Исходные данные(начальные условия) решаемой задачи ( например набор аварийных ТС ) заносятся в БФ. Пользователь через ИП наблюдает изменение в контролируемом объекте и активизирует ЭС. При этом МЛВ анализирует текущее состояние БФ, просматривает БЗ, выбирая подходящие для данной ситуации(состояние БФ) правила, при необходимости обращается к БД и генерирует новые факты, которые заносит в БФ, т.е. меняет ее состояние. Этот процесс повторяется до тех пор пока решение не будет найдено. С помощью ИП и ПО полученное решение объясняется на основе трассировки цепочки логического вывода.

Рис. 2

Архитектура и принцип работы ЭС непосредственно зависит от конкретной предметной области и от типа решаемой задачи. Обычно, выделяют следующие типы задач, решаемых ЭС:

Интерпретация — построение описания ситуации по наблюдаемым данным на основе многовариантного анализа.(Задачи оценивания состояния и идентификации режима).

Диагностика — заключение о нарушениях в системе исходя из описания ситуации. (Задачи диагностирования основного оборудования, устройств РЗА).

Мониторинг — непрерывное наблюдение за изменяющейся ситуацией, сравнение ее с критической и сигнализация об этом.(Автоматический контроль допустимости режима, контроль отклонения параметров режима от плановых заданий).

Прогнозирование — определение вероятных последствий заданной ситуации.(Прогнозирование активной нагрузки, потребления).

Проектирование — построение ситуации с заданными характеристиками при ограничениях.( Перевод системы из аварийного или утяжеленного режима в послеаварийный, нормальный).

Планирование — определение последовательности действий, приводящих к желаемой ситуации.(Планирование выработки электроэнергии, ввода резерва активной мощности).

Управление — выработка воздействий на данную ситуацию с целью достижения желаемой. (Комплекс задач управления режимами).

С точки зрения электроэнергетических приложений ЭС нашли приложения для решения следующих задач:

- диагностирование повреждений электрических сетей;

- интерпретация аварийной телеинформации;

- планирование распределения нагрузки;

- регулирование напряжения и реактивной мощности;

- контроль оперативных переключений;

- восстановление энергоснабжения погашенных районов;

- тренажеры, интерфейс.

Видно, что для ЭС решаемых задачи ОУЛА необходимо разработать специализированную объектно-ориентированную архитектуру, имеющую “открытый” характер, что позволяет добавлять новые знания и интегрировать ЭС с существующими системами АСДУ.

Рис. 3

Рис. 4

Исходя из определения ЭС, данного в 1.2 для их построения необходимо выбрать модель представления знаний, что обуславливает структуру БЗ и методы обработки этих знаний, составляющие основу МЛВ. В качестве моделей представления знаний чаще всего используется один или комбинация нескольких формализмов: логика предикатов, фреймы, продукции и семантические сети. Это, так называемые, универсальные языки представления. Однако, на практике они не всегда достаточно эффективны, так как знания конкретной предметной области настолько разнородны, что для их качественного представления требуются специальные проблемно-ориентированные языки представления, сочетающие положительные свойства универсальных моделей. Более того, выбор эффективного представления производится в соответствии с принятой методикой обработки знаний, которая в свою очередь зависит от характера решаемой задачи. Методика обработки знаний в ЭС заложена в алгоритм МЛВ и зависит от класса решаемой задачи. Упомянутые в 1.2. типы задач относятся либо к задачам анализа, либо к задачам синтеза. Например, если перед ЭС стоит вопрос: возможна ли данная ситуация (H) в электрической сети при условии наличия в ДП телесигналов (b₁,b₂,...,b_n), то необходимо решать задачу анализа(этой ситуации). Строить логические рассуждения (выводы) от данной ситуации (цели) к существующим ТС (фактам). Напротив, если поставить вопрос: какие ситуации возможны исходя из наличия ТС (b₁,b₂,...,b_n), то приходим к задаче синтеза(ситуаций), делая логические выводы от данных ТС(фактов) к искомым ситуациям(целям). То есть, задачам анализа соответствует нисходящее пространство поиска, а синтеза — восходящее. Результат решения задачи анализа — утвердительный или отрицательный ответ, задачи синтеза — одна или несколько построенных ситуаций.

Восходящее пространство поиска более типично для ЭС, используемых продукционную модель представления знаний, нисходящее — логическую модель. С точки зрения эффективности поиска более привлекательна нисходящая стратегия, основанная на сведении целей к подцелям. Перспективными представляются также методики двунаправленного(смешанного) поиска, где направление выбирается на каждом шаге согласно определенному критерию.

1. Этап оперативного диспетчерского управления по ликвидации САС в электрической сети разделен на три отдельных задачи: оценивание САС (анализ аварийной телеинформации); формирование плана ликвидации САС (принятие решения по восстановлению сети); реализация плана ликвидации САС (выполнение оперативных переключений).

2. Проведен анализ каждой из выделенных задач, в результате которого определены используемые интеллектуальные функции диспетчера. Введен критерий, отражающий полноту автоматизации решения каждой задачи. Так для задачи оценивания САС он равен 0.77, что свидетельствует о практической достаточности автоматизации задачи оценивания САС, и в то же время говорит о том, что системы оценивания САС должны быть направлены не на замену диспетчера, а на помощь и контроль его действий.

3. Рассмотрена структура и принцип действия простейшей ЭС, типы задач, решаемых ЭС и перечислены задачи электроэнергетики, решаемые с помощью ЭС. Проанализированы архитектуры ЭС оперативного управления электрическими сетями, выявлены следующие их недостатки: сложность организации взаимодействия ЭС с существующими расчетными системами в составе комплекса задач АСДУ; ориентация структуры ЭС на решение не комплекса задач, а отдельной задачи (на каждую задачу своя ЭС).

4. Результат проведенного анализа методик обработки знаний в ЭС, показал: целесообразность логического представления задачи оценивания САС как задачи анализа; необходимость использования методов эвристического поиска на знаниях; различную эффективность каждого из методов в зависимости от характеристик пространства поиска решений задачи; влияние дополнительной информации на уменьшение пространства поиска решений.

5. Определены существующие недостатки моделей и методов ЭС оперативного управления: отсутствие специализированных языков представления знаний; использование при формировании БЗ неструктурированных знаний или недостаточная их структуризация; неэффективное представление данных в ЭС; недостаточное число эвристических процедур поиска решений и методик оценивания.

Возврат на главную страницу